Биологические средства очистки. Технические средства


Биологическая очистка – это метод обработки хозяйственно-бытовых и сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических (сероводород, сульфиды, аммиак, нитриты и другие) веществ.

Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе их жизнедеятельности. Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы. Другая часть вещества идет на образование биомассы.

Известны:

  • аэробный;
  • анаэробный методы биологической очистки.

Аэробный метод основан на использовании аэробных групп микроорганизмов (различных бактерий, грибков), для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20 – 40°С. В аэробных биологических сооружениях должна поддерживаться концентрация растворенного кислорода не менее 2 мг/л. При изменении кислородного и температурного режимов состав и число микроорганизмов меняются и наблюдается снижение скорости утилизации органических соединений.

Кроме этого для осуществления биологической очистки должна поддерживаться оптимальная активная реакция среды, которая составляет рН = 6,5 – 8,5.

Сточные воды, направляемые на биологическую очистку характеризуются величиной БПК и ХПК. При этом биологическую очистку называют полной, если БПК очищенной воды составляет менее 20 мг/л, и неполной при БПК более 20 мг/л.

Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в:

  • природных условиях и
  • искусственных сооружениях.

Естественные методы биологической очистки

В естественных условиях очистка происходит на:

  • полях орошения;
  • полях фильтрации;
  • биологических прудах.

Поля орошения – это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и деятельности растений.

В почве полей орошения находятся бактерии, актиномицеты, дрожжи, грибы, водоросли, простейшие и беспозвоночные животные. Количество микроорганизмов в почве земледельческих полей орошения зависит от времени года. Зимой количество микроорганизмов значительно меньше, чем летом.

Поля фильтрации. Если на полях не выращивают сельскохозяйственные культуры и они предназначены только для биологической очистки сточных вод, то они называются полями фильтрации.

В процессе биологической очистки сточные воды походят через фильтрующий слой почвы, в котором задерживаются взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта микробиальную пленку. Образовавшаяся пленка адсорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. Наиболее интенсивное окисление происходит в верхних слоях почвы (0,2 – 0,4 м).

Поля орошения лучше устраивать на песчаных, суглинистых и черноземных почвах. Грунтовые воды должны быть не выше 1,25 м от поверхности.

В зимнее время сточную воду направляют только на резервные поля фильтрации. Так как в этот период фильтрация сточной воды или прекращается полностью или замедляется, то резервное поле фильтрации проектируют с учетом площади намораживания.

Биологические пруды – это водоемы глубиной 1,2 – 4,0 м, в которых биохимическая очистка происходит за счет процессов самоочищения воды. Биологические пруды представляют собой каскад прудов, состоящий из 3 – 5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная вода. Пруды предназначены для биологической очистки или для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Степень очистки в прудах 50 – 80%.

            Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Глубина прудов с естественной аэрацией, как правило, не превышает 1 м. Они хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами. При искусственной аэрации прудов с помощью механических аэраторов или путем продувки воздуха через толщу воды, их глубина увеличивается до 3 м.

Для нормальной работы прудов необходимо соблюдать оптимальные значения рН и температуру сточной воды, которая должна быть не менее 6°С.

Недостатки естественной биологической очистки:

- низкая окислительная способность;

- сезонность работы;

- потребность в больших территориях.

Сооружения искусственной биологической очистки

Аэротенки – железобетонные аэрируемые резервуары, оборудованные устройствами для принудительной аэрации. Они бывают 2-х, 3-х и 4-х – коридорные. Глубина аэротенков 2-5 м. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом.

В аэротенке очистка сточных од производится активным илом, представляющим собой быстро оседающие буровато-желтые хлопья, размером от 3 до 150 мкм.

Образование активного ила можно разделить на несколько этапов:

I. при большом количестве органических веществ в сточной воде происходит быстрое размножение микроорганизмов с непрерывным увеличением их количества;

II. далее рост микроорганизмов замедляется и устанавливается равновесие между количеством поступающих органических загрязнителей и приростом ила;

III. в конце очистки размножение микроорганизмов активного ила замедляется из-за недостатка органических веществ – ил находится как бы в «голодном» состоянии;

IV. при полном отсутствии органических веществ происходит постепенное отмирание микроорганизмов и минерализация активного ила.

II-70Процесс очистки в аэротенке идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила (рис. 7).

 

Рис. 7. Схема установки для биологической очистки:

1 – первичный отстойник;

2 – предаэратор; 3 – аэротенк;

4 – регенератор;

5 – вторичный отстойник.

Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии. Сточную воду направляют в отстойник, куда для улучшения осаждения взвешенных частиц можно подавать часть избыточного ила.

Затем осветленная вода поступает в предаэратор-усреднитель, в который направляют часть избыточного ила из вторичного отстойника. Здесь сточные воды предварительно аэрируются воздухом в течение 15 – 20 мин. Из усреднителя сточную воду подают в аэротенк, через который циркулирует и активный ил.

Как правило, аэротенк разделен на две части: регенератор (25% от общего объема) и собственно аэротенк, в котором идет основной процесс очистки. Наличие регенератора дает возможность очищать более концентрированные сточные воды и увеличить производительность агрегата.

Перед аэротенком сточная жидкость должна содержать не более 150 мг/л взвешенных частиц и не более 25 мг/л нефтепродуктов. Температура очищаемых сточных вод не должна быть ниже 6°С и выше 30°С, а рН - в пределах 6,5–9.

После контактирования сточная вода с илом поступает во вторичный отстойник, где происходит отделение ила от воды. Большую часть ила возвращают в аэротенк, а избыток его направляют в предаэратор.

На рисунке 8-а, показана схема аэротенка-отстойника, объединенного со вторичным отстойником. Зона аэрации отделена от зоны отстаивания. Сточную воду подают в центре, а отводят по лотку. В зоне отстаивания образуется слой взвешенного активного ила, через который фильтруется сточная вода. Избыточный активный ил отводят из зоны взвешенного слоя по трубам, а возвратный активный ил поступает в зону аэрации.

В аэротенке-осветлителе (рисунок 8-б) сточная вода поступает в зону аэрации, где смешивается с активным илом и аэрируется. Затем смесь через окна попадает в зону осветления и зону дегазации. В зоне осветления возникает взвешенный слой активного ила, через который фильтруется иловая смесь. Очищенная вода через лотки удаляется из аэротенка.

Двухкамерные аэротенки-отстойники (рисунок 8-в) является разновидностью аэротенков-осветлителей. В них зона аэрации разделена вертикальной перфорированной перегородкой на две камеры. В первой камере происходит насыщение иловой смеси кислородом и сорбция загрязнений активным илом, во второй – окисление сорбированных загрязнений и стабилизация активного ила. Избыточный ил удаляется из зоны осветления.

II-74Рис 8. Аэротенки:

а – аэротенк-отстойник:

1 – лоток; 2 – илососы; 3 – зона отстаивания; 4 - водосливы;

5 – зона аэрации;

б – аэротенк-осветлитель:

1 – переливные окна; 2 – зона аэрации; 3 – зона дегазации;

4 - направляющая перегородка;

5 – аэратор;

6 – зона осветвления;

в – двухкамерный аэротенк-отстойник: 1 – импеллерный аэратор; 2 – зона предварительного обогащения; 3 – перегородка; 4 – роторный аэратор; 5 – зона ферментации; 6 – зона осветления.

 

Расчет требуемого объема аэротенка для установки биологической очистки сточных вод

            Расчет аэротенков производится  в соответствии с СНИП II-32-74 «Нормы проектирования. Канализация. Наружные сети и сооружения».

Объем аэротенков определяется по формуле:

, м3                                                             (24)

где Q – расход сточных вод, м3/ч;

t – продолжительность (период) аэрации, ч.

            Период аэрации равен:

, ч                                                           (25)

где La – БПКполн. поступающей в аэротенк сточной воды, мг/л;

Lt – БПКполн. очищенной воды, мг/л;

R – окислительная мощность, мг/л∙ч.

Окислительная мощность определяется из соотношения:

,                                                                 (26)

где r - средняя скорость окисления загрязнителей в мг БПКполн. на 1 г беззольного вещества или за 1 час;

as – доза ила по беззольному веществу, г/л.

            Величина asравна:

,                                                          (27)

где a – доза ила по сухому веществу, г/л;

Sл - зольность ила в долях единицы.

            Дозу и зольность ила следует принимать по данным таблицы 3.

Таблица 3

Режим работы

а, г/л

Sл

Аэротенки полной и неполной очистки

4

0,2

Аэротенки продленной аэрации

6

0,25

Минерализаторы и биотенки

8

0,25

Средняя расчетная скорость окисления r(мг БПК/г.ч.) при температуре жидкости в аэротенках 15°С выбирается по данным таблицы 4.

Таблица 4

Режим работы БПКполн. сточной воды до очистки

БПКполн. сточной воды после очистки Lt, мг/л

15

20

25

50

Полная и неполная очистка

La =1200 мг/л

12,00

15,00

18,00

22,00

Lа =2400 мг/л

18,50

23,10

27,70

34,00

Продленная
аэрация

La=1200 мг/л

4,15

5,50

6,92

-

Lа =2400 мг/л

6,20

8,25

10,30

-

Примечание:

При температуре сточной воды Т в аэротенке, отличной от 15°С, скорость окисления определяется умножением табличной величины на отношение Т/15.

Для промежуточных значений Laи Ltскорость окисления допускается определять интерполяцией.

Последовательность определения потребного объема аэротенков следующая:

а) Рассчитать продолжительность аэрации сточных вод в аэротенках;

б) Рассчитать объем аэротенка, необходимый для очистки сточных вод от органических загрязнителей до заданных показателей по полной биохимической потребности в кислороде  БПКполн.

Биофильтры – сооружения в корпусе которых размещается кусковая насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды и воздуха. В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества, используя их как источники питания и энергии.

В качестве загрузки используют различные материалы: щебень, гравий, керамзит, шлак, керамические и пластмассовые кольца, шары и другие.